功率半導(dǎo)體原理、技術(shù)演進(jìn)及各類型市場規(guī)模如何？

功率半導(dǎo)體市場逐步見底恢復(fù)，國產(chǎn)替代驅(qū)動(dòng)中國市場持續(xù)增長。

功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的關(guān)鍵組件，其重要性日益凸顯。其通過 半導(dǎo)體材料的單向?qū)щ娞匦裕瑢?shí)現(xiàn)對(duì)電壓、頻率的調(diào)節(jié)、直流和交流的轉(zhuǎn)換、功率的放 大和控制等功能，從而確保電力傳輸?shù)母咝院凸?jié)能性。這些特性使得功率半導(dǎo)體廣泛 應(yīng)用于電源管理、電動(dòng)汽車、可再生能源和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。隨著行業(yè)升級(jí)和全球?qū)?節(jié)能減排的持續(xù)關(guān)注，功率半導(dǎo)體市場需求持續(xù)快速增長，成為半導(dǎo)體市場的重要支撐。 功率半導(dǎo)體屬于特色工藝產(chǎn)品，非尺寸依賴型，在制程方面不追求極致的線寬，不遵守 摩爾定律，而專注于結(jié)構(gòu)和技術(shù)改進(jìn)以及材料迭代。

功率半導(dǎo)體歷經(jīng)三代材料技術(shù)的演進(jìn)，不斷提升能效和應(yīng)用深度。1956 年美國貝爾實(shí)驗(yàn) 室發(fā)明的晶閘管標(biāo)志著第一代功率半導(dǎo)體器件的誕生。隨后 1970 年代門極可關(guān)斷晶閘管 （GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）的相繼出 現(xiàn)，推動(dòng)了該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。到 1980 年代末，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的問世進(jìn) 一步加速了電力電子技術(shù)向高頻化和智能化方向發(fā)展。進(jìn)入 21 世紀(jì)，碳化硅（SiC）和 氮化鎵（GaN）等寬禁帶材料的應(yīng)用催生了第三代功率半導(dǎo)體器件，它們以更高的效率、 優(yōu)異的熱性能和寬廣的工作溫度范圍，滿足了新能源汽車、智能電網(wǎng)及光伏新能源等新 興市場的需求。

全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)張。科瑞爾數(shù)據(jù)顯示功率半導(dǎo)體的市場規(guī)模在全球半導(dǎo) 體行業(yè)的占比在 8%-10%之間，結(jié)構(gòu)占比保持穩(wěn)定。功率半導(dǎo)體是電力電子裝置的必備， 行業(yè)周期性波動(dòng)較弱。近年來，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域已從工業(yè)控制和消費(fèi)電子拓展至 新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、變頻家電等諸多市場，行業(yè)市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長態(tài)勢(shì)。 據(jù) Omdia 數(shù)據(jù)及預(yù)測，受半導(dǎo)體下行周期及全球疫情的雙重影響，2019 至 2020 年期間 全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模出現(xiàn)了短暫的下滑。2021 年起，市場增速恢復(fù)并持續(xù)擴(kuò)張，從 2020 年的 431 億美元增長至 2023 年的 503 億美元，預(yù)計(jì) 2027 年市場規(guī)模將達(dá)到 596 億 美元。 中國占全球市場四成份額，增速超全球水平。中國系全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國，據(jù) Omdia、中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)及預(yù)測，2022年中國功率半導(dǎo)體市場規(guī)模已達(dá)到1369億元， 2023 年或大幅增長至 1519 億元，同比增速達(dá)到 10.99%，在全球市場的占比或超過 40%。 隨著中國功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，以及新能源汽車、充電樁、光伏、風(fēng)電等應(yīng)用 市場的不斷拓展，市場規(guī)模有望加速擴(kuò)張，至 2024 年中國市場有望達(dá)到 1753 億元，同 比增長約 15%，將成為推動(dòng)全球功率半導(dǎo)體市場增長的主要支柱。

中國功率企業(yè)加速追趕外企大廠，安世半導(dǎo)體市場份額持續(xù)攀升。當(dāng)前全球前十大功率 分立器件市場仍由歐美及日本廠商主導(dǎo)，競爭格局呈現(xiàn)英飛凌領(lǐng)先，多家企業(yè)緊隨其后 且排名頻繁變動(dòng)的特點(diǎn)。根據(jù)芯謀研究發(fā)布的《中國功率分立器件市場年度報(bào)告》，歐美 和日本企業(yè)分占 2023 年前 10 大功率器件頭部企業(yè)中的 5 席和 4 席。唯一入榜的國內(nèi)企 業(yè)安世半導(dǎo)體在榜單中連續(xù)兩年排名提升，躍升至第三位，是前十中 2023 年唯一實(shí)現(xiàn)大 幅增長的公司，其功率分立器件營收同比增長 30%，市占率達(dá)到 6.8%，與安森美的營收 差距縮小至 1.46 億美元。功率半導(dǎo)體國產(chǎn)替代的需求空間巨大，芯謀研究的統(tǒng)計(jì)顯示， 2023 年已有 7 家中國企業(yè)躋身全球前 20，且多數(shù)公司營收及份額呈現(xiàn)顯著增長態(tài)勢(shì)。

功率半導(dǎo)體按器件集成度可以分為功率器件和功率 IC 兩大類，覆蓋低到高壓多種應(yīng)用 場景。功率器件細(xì)分為二極管、晶體管和晶閘管三大類別，其中晶體管市場份額最大， 常見的晶體管主要包括 MOSFET、JFET、IGBT、雙極型晶體管（BJT）等，通常用來處 理較大功率、大電壓的產(chǎn)品。功率 IC 則是將高壓功率器件、控制電路、外圍接口電路及 多種保護(hù)電路高度集成于單一芯片上的集成電路，主要應(yīng)用于手機(jī)等小電壓產(chǎn)品，為系 統(tǒng)信號(hào)處理模塊與執(zhí)行模塊之間的關(guān)鍵連接橋梁。

MOSFET 和 IGBT 在功率器件市場中占據(jù)重要地位。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021 年 功率器件占功率半導(dǎo)體市場的 45.70%，其中 MOSFET、功率二極管和 IGBT 占功率器件 的市場份額分別為 35.9%、32.4%和 27.1%。傳統(tǒng)功率二極管憑借其高性價(jià)比和長期的技 術(shù)成熟度，在工業(yè)、電子等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但低技術(shù)壁壘導(dǎo)致市場競爭激烈。 相比之下，MOSFET 和 IGBT 憑借更高的性能優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景，成為業(yè)內(nèi)重點(diǎn)關(guān) 注的技術(shù)發(fā)展方向。根據(jù) Yole Group 預(yù)測，到 2028 年功率器件將以 MOSFET、IGBT、 SiC 為主導(dǎo)，三者市場份額分別為 30%、23%、19%。

MOSFET 通常用于高頻和中低功率的應(yīng)用場景，而 IGBT 則更多用于中低頻和高功率的 應(yīng)用。

MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）電壓控制設(shè)計(jì)通過柵極 控制流經(jīng)其源極和漏極的電流，響應(yīng)速度極快，使其在開關(guān)頻率及效率方面表現(xiàn)出 色。由于 MOSFET 具有較低的導(dǎo)通電阻和小開關(guān)損耗，能夠在高頻開關(guān)電路中有效 減少熱量的產(chǎn)生，減輕系統(tǒng)散熱壓力。MOSFET 廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、電動(dòng)工具、 電源適配器等領(lǐng)域，尤其適合中低壓、功率密度較低但對(duì)開關(guān)速度有要求的應(yīng)用場 景。MOSFET 器件的缺點(diǎn)在于僅靠單一載流子導(dǎo)電，并且利用簡單的電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 難以滿足大功率應(yīng)用需求。

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是結(jié)合了 MOSFET 的高輸入阻抗和雙極型 晶體管（BJT）的電流驅(qū)動(dòng)特性的復(fù)合型功率半導(dǎo)體器件。IGBT 通過柵極電壓控制 導(dǎo)通與截止，具備高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降和大電流承載能力。它的低導(dǎo)通壓降和 高電流密度優(yōu)勢(shì)，使其特別適用于大電流、高電壓的電力轉(zhuǎn)換場景，可將損耗降至 最低，保證設(shè)備穩(wěn)定性和長時(shí)間運(yùn)行。在變頻器、電動(dòng)汽車、軌道交通及風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)等高功率、高電壓應(yīng)用中表現(xiàn)出色。然而由于 IGBT 的開關(guān)速度相對(duì)較慢，在高頻應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生較高的開關(guān)損耗。

全球及中國 MOSFET 和 IGBT 市場規(guī)模持續(xù)增長，中國市場增速尤為突出。根據(jù) WSTS 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2023 年全球 MOSFET 市場規(guī)模已達(dá)到 143 億美元，預(yù)計(jì)到 2026 年將增長 至 160 億美元。在中國市場 MOSFET 同樣展現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長勢(shì)頭，2023 年的市場規(guī)模約 為 51 億美元，占全球的 36%。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院進(jìn)一步預(yù)測，2029 年中國 MOSFET 市場 規(guī)模將突破 80 億美元，且增速將高于全球市場。IGBT 市場方面，WSTS 數(shù)據(jù)顯示，2023 年全球 IGBT 市場規(guī)模達(dá)到了 90 億美元，預(yù)計(jì)到 2026 年將增長至 121 億美元。中國作 為全球 IGBT 最大的消費(fèi)市場，在 2023 年已實(shí)現(xiàn)了 32 億美元的市場規(guī)模，并有望在 2026 年達(dá)到 42 億美元的市場規(guī)模。 功率半導(dǎo)體逐步見底恢復(fù)，消費(fèi)電子和工業(yè)下游需求開始復(fù)蘇。步入 2024 年上半年，半 導(dǎo)體行業(yè)步入結(jié)構(gòu)性周期性上行通道，其中，AI 技術(shù)的蓬勃發(fā)展率先帶動(dòng)了消費(fèi)電子與 工業(yè)領(lǐng)域的復(fù)蘇。從需求側(cè)來看，汽車領(lǐng)域的庫存調(diào)整促使功率半導(dǎo)體在第二季度逐步 觸底反彈，客戶采購意愿回暖，庫存去化進(jìn)程順暢，盡管新能源汽車行業(yè)仍處于去庫存 階段。此外，AI 技術(shù)的快速發(fā)展導(dǎo)致對(duì)電力的需求急劇增加，亟需更高功率、更高能效 的電力電子設(shè)備作為支撐，或?qū)⒊蔀橥苿?dòng)功率半導(dǎo)體下一輪景氣周期的結(jié)構(gòu)性增長引擎。